Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik D-ROM C Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik

Europa-Nr. 20108

Druck_BC_FKFZ_20108_30_5Q_Frutiger.indd 1 13.02.17 14:14 Personenkraftwagen

Geländewagen mit Hybridtechnik EUROPA-FACHBUCHREIHE für Kraftfahrzeugtechnik

Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik

30. neubearbeitete Auflage

Bearbeitet von Gewerbelehrern, Ingenieuren und Meistern

Lektorat: R. Gscheidle, Studiendirektor, Winnenden – Stuttgart

VERLAG EUROPA-LEHRMITTEL · Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG Düsselberger Straße 23 · 42781 Haan-Gruiten

Europa-Nr.: 20108 Autoren der Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik: Fischer, Richard Studiendirektor Polling – München Gscheidle, Rolf Studiendirektor Winnenden – Stuttgart Gscheidle, Tobias Dipl.-Gwl., Studiendirektor Stuttgart – Sindelfingen Heider, Uwe Kfz-Elektriker-Meister, Trainer Audi AG Neckarsulm – Oedheim Hohmann, Berthold Studiendirektor Eversberg van Huet, Achim Dipl.-Ingenieur, Oberstudienrat Oberhausen – Essen Keil, Wolfgang Oberstudiendirektor München Lohuis, Rainer Dipl.-Ingenieur, Oberstudienrat Hückelhoven – Köln – Deutz Mann, Jochen Dipl.-Gwl., Studiendirektor Schorndorf – Stuttgart Schlögl, Bernd Dipl.-Gwl., Studiendirektor Rastatt – Gaggenau Wimmer, Alois Oberstudienrat Stuttgart Wormer, Günter Dipl.-Ingenieur Karlsruhe

Leitung des Arbeitskreises und Lektorat: Rolf Gscheidle, Studiendirektor, Winnenden – Stuttgart

Bildbearbeitung: Zeichenbüro des Verlags Europa-Lehrmittel, Ostfildern

Alle Angaben in diesem Buch erfolgten nach dem Stand der Technik. Alle Prüf-, Mess- oder Instand- setzungsarbeiten an einem konkreten Fahrzeug müssen nach Herstellervorschriften erfolgen. Der Nachvollzug der beschriebenen Arbeiten erfolgt auf eigene Gefahr. Haftungsansprüche gegen die Autoren oder den Verlag sind ausgeschlossen.

30. Auflage 2013, korrigierter Nachdruck 2017 Druck 6 (keine Änderung seit der 5. Druckquote) Alle Drucke derselben Auflage sind parallel einsetzbar, da sie bis auf die Behebung von Druckfehlern untereinander unverändert sind.

ISBN 978-3-8085-2240-0

Satz: Satz+Layout Werkstatt Kluth GmbH, 50374 Erftstadt Umschlag: braunwerbeagentur, 42477 Radevormwald Umschlagfotos: Audi AG, Ingolstadt, Volkswagen AG, Wolfsburg, Dr. Ing. H. C. Porsche AG, Stuttgart, KTM, Mattighofen, Austria (Foto: H. Mitterbauer), Mercedes Benz AG, Stuttgart Druck: M.P. Media-Print Informationstechnologie GmbH, 33100 Paderborn 3

Vorwort zur 30. Auflage

Die Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik soll den Auszubildenden des Kraftfahrzeugwesens eine Hilfe beim Verstehen von technischen Vorgängen und Systemzusammenhängen sein. Mit diesem Buch kann das nötige theoretische Fachwissen für die praktischen handwerklichen Fertigkeiten erlernt werden. Die neu- esten Normen wurden, soweit erforderlich, eingearbeitet. Verbindlich sind jedoch die DIN-Blätter selbst.

Dem Gesellen, Meister und Techniker des Kraftfahrzeughandwerks, sowie dem Studierenden der Fahr- zeugtechnik soll das Buch als Nachschlagewerk, zur Informationsbeschaffung und zur Ergänzung der fach lichen Kenntnisse dienen. Allen an der Kraftfahrzeugtechnik Interessierten soll das Werk eine Erwei- terung des Fachwissens durch Selbststudium ermöglichen.

Dieses Standardwerk der Kraftfahrzeugtechnik ist in 22 Kapitel unterteilt. In ihrer Zielsetzung sind die gewählten Lerninhalte auf das Berufsbild des Kraftfahrzeugmechatronikers/der Kraftfahrzeugmechatro- nikerin ausgerichtet.

Die 30. Auflage wurde aktualisiert und durch neue kraftfahrzeugtechnische Entwicklungen ergänzt, wie z.B. Fahrzeugpflege, Arbeitsschutz, neue Karosseriebleche, Gemischbildung Ottomotor, Aufladung, Flüs- siggasantriebe, Elektrofahrzeuge, Gemischbildung Diesel, Schadstoffminderung, Direktschaltgetriebe, Alternative Antriebskonzepte, Ausgleichssperren, Achsvermessung, Fahrdynamik, Lenksysteme, Radauf- hängung, Federung, elektrische Schaltpläne, Systeme Komforttechnik.

Der Fachkunde ist in der 30. Auflage eine CD-ROM mit allen Bildern des Buches und des Tabellenbuches Kraftfahrzeugtechnik 16. Auflage beigelegt.

Aus der Fülle des Stoffes wurden die Sachgebiete im Umfang und Inhalt so ausgewählt, dass sie den An- forderungen der Neuordnung nach Lernfeldern entsprechen. Die Seiten 4 und 5 geben Hinweise, wie die Fachbuchreihe, insbesonders das Fachkundebuch beim Unterricht nach Lernfeldern eingesetzt werden kann. Die Autoren haben Wert auf eine klare und verständliche Darstellung gelegt, die sich durch zahlrei- che mehrfarbige Bilder, Skizzen, Systembilder und Tabellen auszeichnet. Dadurch wird das Erfassen und Durchdringen des komplexen Stoffes der gesamten Kraftfahrzeugtechnik erleichtert.

Die Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik bildet mit den weiteren Büchern der Fachbuchreihe des Verlages eine Einheit. Die nachfolgend genannten Bücher, Folien und Animationen auf CD sind so aufeinander ab- gestimmt, dass mit ihnen praxisorientierte Lernsituationen bearbeitet und gelöst werden können.

ⅷ Tabellenbuch Kraftfahrzeugtechnik ⅷ Formeln Kraftfahrzeugtechnik ⅷ Arbeitsblätter Kraftfahrzeugtechnik zu den Lernfeldern 1– 4, 5–8, 9–14 ⅷ Prüfungsbuch Kraftfahrzeugtechnik ⅷ Prüfungstrainer Kraftfahrzeugtechnik ⅷ Prüfungsvorbereitung Kraftfahrzeugtechnik Teil 1 und Teil 2 ⅷ Betriebsführung und Management im Kfz-Handwerk ⅷ Technische Kommunikation, Arbeitsplanung, Kraftfahrzeugtechnik ⅷ Bilder und Animationen Kraftfahrzeugtechnik EFA

Alle Bilder, die auf der CD „Kraftfahrzeugtechnik, EFA4 – Bilder und Animationen“ animiert sind, werden im Buch an den jeweiligen Bildern mit dem EFA -Zeichen gekennzeichnet. Diese CD mit Animationen und die aufgeführten Werke sind unter www.europa-lehrmittel.de zu beziehen.

Das in enger Zusammenarbeit mit Handwerk und Industrie entstandene Werk wurde von einem Team pädagogisch erfahrener Berufsschullehrer, Ingenieure und Meister erstellt. Die Autoren und der Verlag sind für Anregungen und kritische Hinweise dankbar ([email protected]).

Wir danken allen Firmen und Organisationen für ihre freundliche Unterstützung mit Bildern und technischen Unterlagen.

Die Autoren des Arbeitskreises Kraftfahrzeugtechnik Sommer 2013 4

Hinweise zur Verwendung der Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik bei der Ausbildung zur Kraftfahrzeugmechatronikerin bzw. zum Kraftfahrzeugmechatroniker.

Die Verfasser haben die Inhalte des Fachkundebuches unter sachlogischen Gesichtspunkten strukturiert. Dabei wurden alle Inhalte des aktuellen Rahmenlehrplans und der Ausbildungsordnung entsprechend dem neuen Berufsbild des Kraftfahrzeugmechatronikers abgedeckt. Vom Autorenkreis wurde bewusst auf eine methodische Anordnung der Sachgebiete nach Lernfeldern verzichtet, um dem Lehrer, bzw. dem Ausbilder ein Höchstmaß an didaktischer und methodischer Frei- heit zu ermöglichen. Außerdem lassen sich dadurch stoffliche Überschneidungen und unnötige Wieder- holungen vermeiden. Die im Buch gewählte Struktur ermöglicht dem Lernenden ein selbstständiges Erarbeiten der in den Lern- feldern geforderten unterschiedlichen fachlichen Inhalte. Nachfolgende Übersicht zeigt die schwerpunktmäßige Zuordnung der einzelnen Kapitel des Fach buches zu den Lernfeldern.

Lernfelder Kapitel im Fachkundebuch 12345678910111213141516171819202122

1 Fahrzeuge und Systeme nach ⅷⅷⅷⅷ Vorgaben warten und inspizieren 2 Einfache Baugruppen und Systeme prüfen, demontieren, austauschen und ⅷⅷ ⅷⅷⅷⅷⅷⅷⅷ ⅷ ⅷ montieren

3 Funktionsstörungen identifizieren ⅷⅷⅷ ⅷ ⅷ und beseitigen

4 Umrüstarbeiten nach ⅷⅷ ⅷⅷⅷ Kundenwünschen durchführen

5 Inspektionen und Zusatzarbeiten ⅷⅷ ⅷⅷⅷ ⅷ ⅷ durchführen 6 Funktionsstörungen an Bordnetz-, Ladestrom- und Startsystem ⅷ diagnostizieren und beheben

7 Verschleißbehaftete Baugruppen und ⅷⅷⅷ ⅷ ⅷ ⅷ Systeme instand setzen

8 Mechatronische Systeme des ⅷⅷ ⅷⅷ ⅷ Antriebsmanagements diagnostizieren

9 Serviceaufgaben an Komfort- und ⅷⅷ ⅷ ⅷ ⅷ Sicherheitssystemen durchführen

10 Schäden an Fahrwerks- und ⅷⅷ ⅷ Bremssystemen instand setzen Schwerpunkt Personenkraftwagen 11 Vernetzte Antriebs-, Komfort- und Sicherheitssysteme diagnostizieren ⅷⅷ und instand setzen

12 Fahrzeuge für Sicherheitsprüfungen ⅷⅷ ⅷⅷ und Abnahmen vorbereiten 13 Antriebskomponenten reparieren ⅷⅷ

14 Systeme und Komponenten aus-, ⅷⅷ ⅷ ⅷ um- und nachrüsten

Schwerpunkt Nutzfahrzeugtechnik ⅷⅷⅷⅷ ⅷⅷⅷⅷⅷ ⅷ

Schwerpunkt System- u. Hochvolttechnik ⅷⅷⅷⅷ ⅷ ⅷⅷⅷ

Schwerpunkt Motorradtechnik ⅷⅷⅷⅷⅷⅷⅷⅷⅷ

Schwerpunkt Karosserietechnik ⅷⅷ ⅷ ⅷⅷⅷ 5

Methodische Vorgehensweisen bei der Planung und Durchführung von Unterrichtsein- heiten nach Lernfeldern mit der Fachbuchreihe des Verlags Europa-Lehrmittel

Situation: Bei einem Kundenfahrzeug, einem Golf V, Bj. 04/2007, geht die Generatorkontrolllampe während der Fahrt Lernsituation nicht mehr aus. 1. Geben Sie mögliche Folgen an. erkennen Der Generator liefert nicht genügend elektrische Energie. und bearbeiten Die Starterbatterie entlädt sich. 2. Welche Fehler können vorliegen? Z.B. Keilriemen gerissen, Kabelverbindungen unterbrochen, fehlerhafte Steck oder Masseverbindungen Generator defekt

Informationen beschaffen Titelbild und auswerten fehlt noch!

414 Elektrische Anlage Drehstromgenerator

Aufgaben und Kenndaten Aufgaben • Versorgung der elektrischen Verbraucher • Laden der Starterbatterie EUROPA Kenn- • Bauweise (z.B. T für Ständeraußendurch- 0 120 689 535 messer; 1 für Klauenpolläufer) daten • Drehrichtung (z.B. für rechts und links) T1 14V 70/140A • Generatornennspannung (z.B. 14 V) Made in Germay D89 • Strom bei Leerlaufdrehzahl (z.B. 70 A) Erlerntes • Strom bei Nenndrehzahl (z.B. 140 A) Generatortypenschild dokumentieren 32. Welche elektrische Leistung gibt der Generator bei Leerlauf und bei Nenndrehzahl ab?

Geg.: U = 14 V; ÜnL = 50 A; ÜnN = 90 A Ges.: PnL ; PnN Ü Ü PnL = U · = 14 V · 50 A = 700 W PnN = U · = 14 V · 90 A = 1260 W

33. Berechnen Sie die mechanische Antriebsleistung bei Nenndrehzahl für einen Generatorwirkungsgrad von 65%.

Geg.: PnN = PEl = 1260 W; h = 0,65 Ges.: PMech P 1260 W P = El = = 1938,5 W Mech h 0,65

Spez Spez Problem in der 20V 20V Praxis lösen

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44. Welche Fehler kann man mit dem Oszilloskop noch feststellen? Kurzschluss einer Diode und Phasenfehler von Ständerwicklung und Läuferwicklung.

45. Welche Reparaturmaßnahme ist vorzunehmen? Ab d G t dWhld

Ergebnisse sichern 6 Firmenverzeichnis

Die nachfolgend aufgeführten Firmen haben die Autoren durch fachliche Beratung, durch Informa- tions- und Bildmaterial unterstützt. Es wird ihnen hierfür herzlich gedankt.

Alfa-Romeo-Automobile HAMEG GmbH, Frankfurt/Main Peugeot Deutschland GmbH Mailand/Italien Hella KG, Hueck & Co, Lippstadt Saarbrücken ALLIGATOR Ventilfabrik GmbH Hengst Filterwerke, Nienkamp Pierburg GmbH, Neuss Giengen/Brenz Fritz Hintermayr, Bing-Vergaser-Fabrik Pirelli AG, Höchst im Odenwald Aprilia Motorrad-Vertrieb Nürnberg Düsseldorf Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG HITACHI Sales Europa GmbH Stuttgart-Zuffenhausen Aral AG, Bochum Düsseldorf Renault Nissan Deutschland AG Audatex Deutschland, Minden HONDA DEUTSCHLAND GMBH Brühl Offenbach/Main Audi AG, Ingolstadt – Neckarsulm Samsung Electronics GmbH, Köln Hunger Maschinenfabrik GmbH Autokabel, Hausen München und Kaufering SATA Farbspritztechnik GmbH & Co Autoliv, Oberschleißheim IBM Deutschland, Böblingen Kornwestheim G. Auwärter GmbH & Co IVECO-Magirus AG, Neu-Ulm SCANIA Deutschland GmbH (Neoplan) Stuttgart ITT Automotive (ATE, VDO, Koblenz BBS Kraftfahrzeugtechnik AG, Schiltach MOTO-METER, SWF, KONI, Kienzle) SEKURIT SAINT-GOBAIN Frankfurt/Main Deutschland GmbH, Aachen BEHR GmbH & Co, Stuttgart IXION Maschinenfabrik Schäffler Automotive, Langen Beissbarth GmbH Automobil Servicegeräte Otto Häfner GmbH & Co München Hamburg-Wandsbeck Siemens AG, München BERU, Ludwigsburg Jurid-Werke, Essen SKF Kugellagerfabriken GmbH Aug. Bilstein GmbH & Co KG Alfred Kärcher GmbH & Co. KG Schweinfurt Ennepetal Winnenden Snap-on/SNA Germany, Boge GmbH, Eitdorf/Sieg Kawasaki-Motoren GmbH, Friedrichsdorf Hohenstein-Ernstthal Robert Bosch GmbH, Stuttgart Knecht Filterwerke GmbH, Stuttgart SOLO Kleinmotoren GmbH Sindelfingen Bostik GmbH, Oberursel/Taunus Knorr-Bremse GmbH, München Kolbenschmidt AG, Neckarsulm SONAX GmbH, Neuburg BLACK HAWK, Kehl KS Gleitlager GmbH, St. Leon-Rot Stahlwille E. Wille BMW Bayerische Motoren-Werke AG Wuppertal München/Berlin KTM Sportmotorcycles AG Mattighofen/Österreich Steyr-Daimler-Puch AG CAR-OLINER, Kungsör, Schweden Kühnle, Kopp und Kausch AG Graz/Österreich CAR BENCH INTERNATIONAL.S.P.A. Frankenthal/Pfalz Subaru Deutschland GmbH Massa/Italien Lemmerz-Werke, Königswinter Friedberg Continental Teves AG & Co, OHG, Frankfurt LuK GmbH, Bühl/Baden SUN Elektrik Deutschland Celette GmbH, Kehl MAHLE GmbH, Stuttgart Mettmann Citroen Deutschland AG, Köln Mannesmann Sachs AG, Schweinfurt Suzuki GmbH Dataliner Richtsysteme, Ahlerstedt Mann und Hummel, Filterwerke Oberschleißheim/Heppenheim Ludwigsburg Deutsche BP AG, Hamburg Technolit GmbH, Großlüder MAN Maschinenfabrik DUNLOP GmbH & Co KG, Hanau/Main Telma Retarder Deutschland GmbH Augsburg-Nürnberg AG Ludwigsburg ESSO AG, Hamburg München Temic Elektronik, Nürnberg FAG Kugelfischer Georg Schäfer KG aA Mazda Motors Deutschland GmbH Ebern Leverkusen TOYOTA Deutschland GmbH, Köln J. Eberspächer, Esslingen MCC – Mikro Compact Car GmbH UNIWHEELS GmbH, Bad Dürkheim Böblingen EMM Motoren Service, Lindau VARTA Autobatterien GmbH Messer-Griesheim GmbH Hannover Ford-Werke AG, Köln Frankfurt/Main Vereinigte Motor-Verlage GmbH & Co KG Carl Freudenberg Mercedes Benz, Stuttgart Stuttgart Weinheim/Bergstraße Metzeler Reifen GmbH GKN Löbro, Offenbach/Main München ViewSonic Central Europe, Willich Getrag Getriebe- und Zahnradfarbrik Michelin Reifenwerke KGaA Voith GmbH & Co KG, Heidenheim Ludwigsburg Karlsruhe Volkswagen AG, Wolfsburg Microsoft GmbH, Unterschleißheim Girling-Bremsen GmbH, Koblenz Volvo Deutschland GmbH, Brühl Mitsubishi Electric Europe B.V. Glasurit GmbH, Münster/Westfalen Ratingen Wabco Westinghouse GmbH Hannover Globaljig, Deutschland GmbH Mitsubishi MMC, Trebur Cloppenburg MOBIL OIL AG, Hamburg Webasto GmbH, Stockdorf Glyco-Metall-Werke B.V. & Co KG NGK/NTK Europe GmbH, Ratingen Yamaha Motor Deutschland GmbH Wiesbaden/Schierstein Neuss Adam Opel AG, Rüsselsheim Goetze AG, Burscheid OSRAM AG, München ZF Getriebe GmbH, Saarbrücken Grau-Bremse, Heidelberg OMV AG, Wien ZF Sachs AG, Schweinfurt Gutmann Messtechnik GmbH, Ihringen Oxigin-, Carmanin-LM-Räder, ZF Zahnradfabrik Friedrichshafen AG Hazet-Werk, Hermann Zerver, Remscheid Unterensingen Friedrichshafen/Schwäbisch Gmünd 7

Inhaltsverzeichnis 3.2.2 Sachmängelhaftung, Garantie und Kulanz ...... 57 Hinweise zur Verwendung des Buches 4, 5 3.3 Kommunikation ...... 58 3.3.1 Grundlagen der Kommunikation ...... 58 Firmenverzeichnis ...... 6 3.3.2 Beratungsgespräch ...... 59 3.3.3 Reklamationsgespräch ...... 62 1 Kraftfahrzeug 11 3.4 Personalführung...... 62 3.5 Verhalten des Mitarbeiters ...... 63 1.1 Entwicklung des Kraftfahrzeugs...... 11 3.6 Teamarbeit ...... 64 1.2 Einteilung der Kraftfahrzeuge...... 12 3.7 Auftragsabwicklung...... 65 1.3 Aufbau eines Kraftfahrzeugs ...... 12 3.8 Datenverarbeitung im Autohaus ...... 68 1.4 Technisches System Kraftfahrzeug . . . . . 13 3.9 Qualitätsmanagement im Kfz-Betrieb . . . 71 1.4.1 Technische Systeme ...... 13 1.4.2 System Kraftfahrzeug ...... 13 4 Grundlagen der Informationstechnik 75 1.4.3 Teilsysteme im Kraftfahrzeug...... 15 1.4.4 Einteilung technischer Systeme und 4.1 Hardware und Software ...... 75 Teilsysteme nach der Verarbeitung. . . . . 16 4.2 EVA-Prinzip ...... 75 1.4.5 Bedienung von technischen Systemen. . 17 4.3 Rechnerinterne Darstellung von Daten . . 76 1.5 Wartung und Instandhaltung ...... 18 4.4 Zahlensysteme ...... 76 1.6 Filter, Aufbau und Wartung ...... 20 4.5 Aufbau eines Computersystems ...... 77 1.6.1 Luftfilter ...... 20 4.6 Datenkommunikation ...... 78 1.6.2 Kraftstofffilter ...... 21 4.6.1 Datenübertragung ...... 79 1.6.3 Ölfilter ...... 22 4.6.2 Datenfernübertragung...... 80 1.6.4 Hydraulikfilter ...... 22 4.7 Datensicherung und Datenschutz ...... 81 1.6.5 Innenraumfilter...... 22 5 Steuerungs- und Regelungstechnik 82 1.6.6 Wartung...... 22 1.7 Fahrzeugpflege...... 23 5.1 Grundlagen ...... 82 1.8 Betriebsstoffe, Hilfsstoffe ...... 28 5.1.1 Steuern ...... 82 1.8.1 Kraftstoffe ...... 28 5.1.2 Regeln ...... 83 1.8.2 Ottokraftstoffe...... 30 5.2 Aufbau und Funktionseinheiten von 1.8.3 Dieselkraftstoffe ...... 31 Steuereinrichtungen ...... 85 1.8.4 Kraftstoffe aus Pflanzen...... 32 5.2.1 Signalglieder, Signalarten, 1.8.5 Gasförmige Kraftstoffe ...... 34 Signalumformung ...... 85 1.8.6 Schmieröle und Schmierstoffe...... 34 5.2.2 Steuerglieder ...... 87 1.8.7 Gefrierschutzmittel...... 39 5.2.3 Stellglieder und Antriebsglieder ...... 88 1.8.8 Kältemittel ...... 40 5.3 Steuerungsarten...... 89 1.8.9 Bremsflüssigkeit...... 40 5.3.1 Mechanische Steuerungen ...... 89 5.3.2 Pneumatische und hydraulische 2 Umweltschutz, Arbeitsschutz im Betrieb 41 Steuerungen ...... 90 2.1 Umweltschutz im Kfz-Betrieb ...... 41 5.3.3 Elektrische Steuerungen ...... 95 2.1.1 Umweltbelastung...... 41 5.3.4 Verknüpfungssteuerungen ...... 97 2.1.2 Entsorgung ...... 41 5.3.5 Ablaufsteuerungen ...... 98 2.1.3 Altautoentsorgung...... 44 6 Prüftechnik 99 2.1.4 Recycling ...... 45 2.2 Arbeitsschutz und Unfallverhütung. . . . . 47 6.1 Grundbegriffe der Längenprüftechnik. . . 99 2.2.1 Grundsätze des Arbeitsschutzes ...... 47 6.2 Messgeräte ...... 101 2.2.2 Gefährdungsbeurteilung...... 47 6.3 Lehren ...... 106 2.2.3 Sicherheitsmaßnahmen ...... 50 6.4 Toleranzen und Passungen...... 107 2.2.4 Sicherheitszeichen ...... 50 6.5 Anreißen ...... 110 2.2.5 H- und P-Sätze ...... 51 2.2.6 Am Arbeitsplatz beteiligte Institutionen . 52 7 Fertigungstechnik 111 7.1 Einteilung der Fertigungsverfahren . . . . 111 3 Betriebsorganisation, Kommunikation 53 7.2 Urformen...... 113 3.1 Grundlagen der Betriebsorganisation . . . 53 7.3 Umformen...... 116 3.1.1 Organisation eines Autohauses ...... 53 7.3.1 Biegeumformen ...... 117 3.1.2 Aspekte der Betriebsorganisation ...... 54 7.3.2 Zugdruckumformen...... 118 3.2 Rechtliche Grundlagen ...... 56 7.3.3 Druckumformen ...... 119 3.2.1 Vertragsarten ...... 56 7.3.4 Richten...... 121 8 Inhaltsverzeichnis

7.3.5 Blechbearbeitungsverfahren ...... 121 10.8 Hubverhältnis, Hubraumleistung, 7.4 Trennen durch Spanen...... 125 Leistungsgewicht ...... 209 7.4.1 Grundlagen der spanenden Formung . 125 7.4.2 Spanende Formung von Hand ...... 125 11 Motormechanik 210 7.4.3 Grundlagen der spanenden Formung 11.1 Kurbelgehäuse, Zylinder, Zylinderkopf 210 mit Werkzeugmaschinen ...... 132 11.1.1 Zylinderkurbelgehäuse ...... 210 7.5 Trennen durch Zerteilen...... 141 11.1.2 Zylinderkopf ...... 213 7.5.1 Scherschneiden...... 141 11.1.3 Zylinderkopfdichtung...... 215 7.5.2 Keilschneiden ...... 142 11.1.4 Motoraufhängung ...... 216 7.6 Fügen ...... 143 11.1.5 Zylinderkopfschrauben ...... 216 7.6.1 Einteilung der Fügeverbindungen . . . . 143 11.2 Kurbeltrieb...... 220 7.6.2 Gewinde...... 144 11.3 Zweimassenschwungrad ...... 232 7.6.3 Schraubverbindungen ...... 145 11.4 Motorschmiersysteme...... 233 7.6.4 Stiftverbindungen...... 150 11.5 Motorkühlsysteme ...... 239 7.6.5 Nietverbindungen...... 151 11.5.1 Kühlungsarten ...... 239 7.6.6 Durchsetzfügen (Clinchen)...... 152 11.5.2 Luftkühlung ...... 240 7.6.7 Welle-Nabe-Verbindungen ...... 153 11.5.3 Flüssigkeitskühlung ...... 240 7.6.8 Pressverbindungen...... 154 11.5.4 Bauteile der Pumpenumlaufkühlung. 241 7.6.9 Schnappverbindungen...... 154 11.5.5 Kennfeldgesteuerte Kühlsysteme . . . 246 7.6.10 Löten...... 155 11.5.6 Bauteile der Kennfeldkühlung ...... 246 7.6.11 Schweißen...... 156 11.6 Motorsteuerung ...... 248 7.6.12 Kleben ...... 163 11.7 Füllungsoptimierung ...... 254 7.7 Beschichten ...... 164 12 Gemischbildung 270 8 Werkstofftechnik 166 12.1 Kraftstoffversorgungsanlagen bei 8.1 Werkstoffeigenschaften ...... 166 Ottomotoren ...... 270 8.2 Einteilung der Werkstoffe ...... 170 12.2 Gemischbildung bei Ottomotoren . . . 275 8.3 Aufbau der metallischen Werkstoffe . . 171 12.3 Vergaser ...... 278 8.4 Eisenwerkstoffe...... 173 12.4 Benzineinspritzung...... 279 8.4.1 Stahl ...... 173 12.4.1 Grundlagen der Benzineinspritzung . 279 8.4.2 Eisengusswerkstoffe...... 173 12.4.2 Aufbau und Funktion der 8.4.3 Einfluss der Zusatzstoffe auf die elektronischen Benzineinspritzung . . 281 Eisenwerkstoffe ...... 175 12.4.3 Betriebsdatenerfassung...... 282 8.4.4 Bezeichnung der Eisenwerkstoffe. . . . . 175 12.4.4 Zentraleinspritzung ...... 288 8.4.5 Einteilung und Verwendung der Stähle 177 12.4.5 LH-Motronic ...... 292 8.4.6 Handelsformen der Stähle...... 179 12.4.6 ME-Motronic ...... 298 8.4.7 Wärmebehandlung von 12.4.7 Benzin-Direkteinspritzung ...... 302 Eisenwerkstoffen...... 180 12.5 Gemischbildung bei Dieselmotoren . 310 12.5.1 Gemischverteilung/Lambdawerte 8.5 Nichteisenmetalle ...... 184 beim Dieselmotor...... 310 8.6 Kunststoffe...... 187 12.5.2 Verbrennungsablauf beim Dieselmotor 311 8.7 Verbundwerkstoffe ...... 190 12.5.3 Vor-, Haupt- und Nacheinspritzung . . 311 9 Reibung, Schmierung, Lager, 12.5.4 Verbrennungsablauf ...... 312 Dichtungen 191 12.5.5 Einlasskanalsteuerung...... 313 12.5.6 Dieseleinspritzverfahren ...... 313 9.1 Reibung ...... 191 12.6 Starthilfsanlagen ...... 314 9.2 Schmierung ...... 192 12.6.1 Glühstiftkerzen ...... 314 9.3 Lager...... 193 12.6.2 Heizflansch ...... 316 9.4 Dichtungen ...... 196 12.7 Einspritzanlagen für Pkw-Dieselmotoren ...... 317 10 Aufbau und Wirkungsweise 12.7.1 Elektronische Dieselregelung EDC. . . 317 des Viertaktmotors 197 12.7.2 Common-Rail-Systeme ...... 319 10.1 Ottomotor ...... 197 12.7.3 Common-Rail-Systeme mit Piezo- 10.2 Dieselmotor ...... 200 Injektoren...... 326 10.3 Merkmale 4-Takt-Motoren ...... 202 12.7.4 Pumpe-Düse-System ...... 329 10.4 Arbeitsdiagramm ...... 204 12.7.5 Elektronisch geregelte Axialkolben- 10.5 Steuerdiagramm...... 206 Verteilereinspritzpumpe (VE-EDC) . . . 331 10.6 Zylindernummerierung, Zündfolgen . . 206 12.7.6 Radialkolben-Verteilereinspritzpumpe 333 10.7 Motorkennlinien ...... 208 12.8 Einspritzdüsen ...... 335 1 Kraftfahrzeug 21

Filterarten Die Standzeit dieses Kombinationsfilters wird da- Folgende Luftfilter kommen zum Einsatz: durch verbessert. 1 Trockenluftfilter Ölbadluftfilter Nassluftfilter Zyklonvorabscheider Lufteintritt Trockenluftfilter. Bei ihm erfolgt die Staubaufnahme Durchgangszyklon meistens durch auswechselbare Filterelemente aus gefaltetem Papier. Sie gehören heute zur Standard- Staubsammel- ausrüstung bei Pkw und Nkw. Die Lebensdauer der behälter Filterelemente hängt von der Größe der Papierflä- Staub che und von dem Staubgehalt der Luft ab. Um den Durchflusswiderstand gering zu halten, sind große reine Luft (Luftaustritt) Oberflächen erforderlich. Gleichzeitig dämpft der Bild 2: Zyklonluftfilter Luftfilter die Ansauggeräusche. Luftfilter, die nicht rechtzeitig erneuert oder gereinigt werden, haben wegen des zunehmenden Durch- 1.6.2 Kraftstofffilter strömwiderstandes eine schlechtere Füllung des Zylinders sowie eine geringere Motorleistung zur Sie sollen die Kraftstoffanlage vor Verunreini- Folge. Feinstäube, die den Filter passieren, tragen gungen schützen und gegebenenfalls Wasser im Motoröl zur Verschlammung bei. Ist das Filter abscheiden. verschmutzt, so muss es erneuert werden. Man unterscheidet: Nassluftfilter werden teilweise noch in Motorrädern Grobfilter Filter-Elemente verwendet. Der Filtereinsatz besteht aus einem Ge- Leitungsfilter Wechselfilter strick aus Metall oder Kunststoff, das mit Öl benetzt ist. Die durchströmende Luft kommt mit der großen, Kraftstoffgrobfilter. Sie kommen als Vorfilter z.B. als ölbenetzten Oberfläche in Berührung. Der in der Luft Saugfilter im Kraftstoffbehälter zum Einsatz. Meist mitgeführte Staub wird festgehalten. Die Standzeit sind sie als Siebfilter mit einer Maschenweite von beträgt nur etwa 2500 km. Danach muss er gereinigt etwa 0,06 mm ausgeführt und bestehen aus einem und wieder mit Öl benetzt werden. engmaschigen Draht- oder Polyamidgeflecht. Kraftstoffleitungsfilter ( In-Line-Filter) dienen zur Ölbadluftfilter. Im Filtergehäuse befindet sich unter Feinfilterung. Es werden Papierfilter mit einer Poren- dem Filtereinsatz aus Metallgewebe ein Ölbad größe zwischen 0,002 mm und 0,001 mm verwen- (Bild 1). Die einströmende Luft trifft auf den Ölspiegel det. Sie werden in die Kraftstoffleitung eingebaut und reißt aus dem Ölbad Tropfen mit, die sich im Fil- und bei der Wartung als Ganzes ausgetauscht. tereinsatz absetzen. Von dort tropfen sie ab und neh- men den angesammelten Staub mit in das Ölbad. Kraftstofffilter-Elemente. Sie sind auswechselbar Wegen dieser Selbstreinigung haben Ölbadluftfilter und befinden sich in einem eigenen Gehäuse, das gegenüber Nassluftfiltern eine höhere Standzeit. am Motor angebaut ist. Für die Feinfilterung werden Einsätze aus Papier oder Filz verwendet. Regenkappe Kraftstoff- Wechselfilter (Boxfilter) (Bild 3). Sie be- Lufteintritt stehen aus Gehäuse und Filtereinsatz und werden Luftaustritt bei der Wartung als Ganzes ausgetauscht.

gefilterter ungefilterter Kraftstoff Kraftstoff

Ölbad Papier- filter- element Bild 1: Ölbadluftfilter

Zyklonvorabscheider sind unentbehrlich für Mo- Zulauf toren, die ständig in sehr staubhaltiger Luft arbeiten ungefiltert Zentralrohr müssen. Die angesaugte Luft wird in rasche Dre- Bild 3: Boxfilter mit Sternfiltereinsatz hung versetzt (Bild 2) und der grobe Staub durch die Zentrifugalkraft ausgeschieden (Grobfilter). Der Für die Feinfilterung werden ebenfalls Einsätze aus noch in der Ansaugluft enthaltene feine Staub wird Papier und Filz verwendet. Beim Sternfiltereinsatz ist anschließend z.B. in einem Trockenluftfilter gefiltert. das sternförmig gefaltete Papier um ein gelochtes 46 2 Umweltschutz, Arbeitsschutz im Betrieb

Tabelle 1: Rohstoffquelle Autowrack in granulat aufbereitet werden, das dann zu Spritzguss- Gewichtsprozenten teilen weiterverarbeitet wird. Die Batteriesäure wird gereinigt und wiederverwendet, während aus den Eisen und Stahl 70 % 2 Bleiplatten das Metall wiedergewonnen wird. Im Be- Gummi 9 % reich der Abwasserwirtschaft eines Kfz-Betriebs kann Waschwasser für Autowaschstraßen durch eine Re- Kunststoffe 8 % cyclinganlage wiederaufbereitet werden und zum Glas 3 % größten Teil wieder als Brauchwasser in den Wasch- Aluminium 3 % prozess zurückgeführt werden. Beim Kat-Recycling wird der Altkatalysator zunächst Kupfer, Zink, Blei 2 % entmantelt. Durch Raffination des Keramikkörpers andere NE-Metalle 1 % oder Keramikbruchs werden die Edelmetalle (Pla- Sonstige 4 % tin, Rhodium) in hochreiner Form wiedergewonnen. Die Keramikschlacke wird in der Bau- und Hüttenin- So werden z.B. Altreifen durch Kalt- bzw. Warmvul- dustrie als Zuschlagsstoff eingesetzt, während der kanisieren runderneuert oder sie werden zerkleinert, Stahlschrott gesammelt und wieder eingeschmol- das Cordgewebe wird zu Lärmschutzmatten, der zen wird. Gummi zu Straßenbelägen verarbeitet. Kühlflüs- Kunststoffteile werden von Fahrzeugherstellern ge- sigkeit, Bremsflüssigkeit wird gereinigt und wieder kennzeichnet, damit sie sortenrein gesammelt wie- aufbereitet. Batteriegehäuse können zu Kunststoff- derverwertet werden können (Bild 1).

Kühlergitter ASA Kraftstoffbehälter PE-HD

Stossfängerabdeckung, groß PP u. EPDM

Radhausschale hinten PP/PE, PP u. EPDM Lüftungsgitter ASA Blinkleuchte vorn PMMA, PMMA u. ABS Radzierdeckel PA66-M30 Stossfängerabdeckung, groß Frontspoiler, groß PP u. EPDM PP u. EPDM Unterdruckbehälter PE-HD nur Klima

Stossfängerabdeckung, groß PP u. EPDM Stossfängerabdeckung, klein PP u. EPDM

Lüftungsgitter ASA

Radhausschale vorn Rückleuchte Frontspoiler, klein PP/PE, PP u. EPDM PMMA, PMMA u. ABS PP u. EPDM

PP PE ABS,ASA PA PMMA

Bild 1: Recyclingfähige Kunststoffteile im Kraftfahrzeug

WIEDERHOLUNGSFRAGEN 1 Welche Gesetze beinhaltet das Umweltrecht? 5 In welche Wassergefährdungsklassen werden 2 Welche 3 Abfallarten unterscheidet das Schadstoffe eingeteilt? Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz? 6 Welche Inhalte legt die Altautoverordnung fest? 3 Wodurch wird das sortenreine Sammeln von 7 Welcher Unterschied besteht zwischen Kfz-Teilen aus Kunststoff vereinfacht? einem Verwertungsnachweis und einer 4 Wodurch sind Sonderabfälle nach der Verbleibserklärung? Abfallbestimmungsverordnung gekennzeichnet? 8 Wie wird ein Katalysator verwertet? 308 12 Gemischbildung

SensorenEingabe Verarbeitung Ausgabe Aktoren

Motordrehzahl Kraftstoff- pumpenrelais/ Induktivgeber Kraftstoffpumpe Zünd-OT des ersten Zylinders Steuergerät Hauptrelais Hallgeber

Luftmasse Einspritzventile Luftmassenmesser Grundabstimmung über Kennfeld Drosselklappen- Startsteuerung stellung E-Gas- Potentiometer Nachstart-, Stellmotor Volllast-, Beschleunigungs- Motortemperatur anreicherung Heizung NTC Schubabschaltung Lambda-Sonde Drehzahlbegrenzung Lufttemperatur Lambda-Regelung Heizung NOX- NTC Leerlaufdrehzahl- Sensor regelung Tankentlüftungssystem Saugrohrdruck Tankentlüftungs- Abgasrückführung Drucksensor ventil Drehmomenten- führung Differenzdruck Abgasrück- E-Gas-Funktion Drucksensor führungsventil Fahrgeschwindigkeits- regelung Gaspedalstellung Lastwechselregelung 12 Absperrventil Potentiometer EOBD Restsauerstoff CAN-Bus-System vor Kat Regenerierung des Kraftstoffdruck- Lambda-Sonde NOx-Speicher- Regelventil Katalysators NOX und Restsauer- Wahl der Betriebsart stoff nach NOX-Kat Ventil für Saug- NOX-Sensor rohrklappe

Abgastemperatur NTC Saugrohrklappen- stellung Potentiometer

Kraftstoffdruck Drucksensor Diagnose CAN-Bus

Bild 1: Blockschaltbild der MED-Motronic

Der Sensor erhält Plus von PIN 12 und Minus von Ventil für Saugrohr-Klappe Y10. Die Saugrohrklap- PIN 22. Das Signal wird über PIN 13 übertragen. pe gibt im Homogenbetrieb den vollen Querschnitt Außerdem benötigt das System der MED-Motronic des Saugrohres frei, um eine maximale Luftfüllung folgende zusätzliche Aktoren: des Brennraumes zu erreichen. Im Schichtbetrieb schließt sie einen Kanal des Saugrohrs, wodurch die Kraftstoffdruck-Regelventil Y11. Es regelt den Kraft- Strömungsgeschwindigkeit erhöht und der Drall im stoffdruck im Rail je nach Betriebszustand auf 50 bar Brennraum zur Ausbildung der Kraftstoffwolke ver- bis 120 bar. Dazu wird es vom Steuergerät mit Mas- stärkt wird. Das Ventil wird vom Steuergerät über se auf PIN 33 angetaktet. Die Plusversorgung erfolgt Minus von PIN 32 geschaltet. Die Plus-Versorgung durch K5. erfolgt durch K5. 324 12 Gemischbildung

Injektorsteuerung Schaltplanbeispiel einer Common-Rail-Anlage Um die Einspritzung in bis zu drei Sequenzen (Vor-, (1. Generation, Bild 2, Seite 325) Haupt- und Nacheinspritzung) unterteilen zu können, benötigt man schnell schaltende Magnetventile. Fahrpedalsensor B12. Der Sensor erfasst die Fahr- pedalstellung (1. Hauptsteuergröße) zur Berechnung Anzugsstromphase. Zum Öffnen des Magnetventils der Kraftstoffmenge. Die unabhängig voneinander muss der Strom in einer steilen, genau definierten arbeitenden Hallgeber werden über den Pin C9 mit Flanke auf ca. 20 A ansteigen, um eine geringe To- Plus und über Pin C5 und C23 mit Masse versorgt. leranz und eine hohe Reproduzierbarkeit (Wieder- Die Signalspannungen liegen an Pin C8 und C10 an. holgenauigkeit) der Einspritzmenge zu erzielen. Dies Bei Defekt läuft der Motor mit erhöhter Leerlaufdreh- erreicht man mit einer Boosterspannung von bis zu zahl. Die Fehlerlampe leuchtet und ein Fehler wird 100 V. Diese Boosterspannung wird mithilfe der In- im Fehlerspeicher abgelegt. duktion beim Ausschalten der Magnetventile erzeugt und in Kondensatoren im Steuergerät gespeichert. Nockenwellensensor B2. Der Hallsensor meldet dem Haltestromphase. In dieser Zeit wird der Strom Steuergerät die Position des ersten Zylinders im Ver- durch Takten auf ca. 13 A abgesenkt, um die Ver- dichtungstakt, sowie die Motordrehzahl (2. Haupt- lustleistung im Steuergerät und im Injektor zu ver- steuergröße). Das Signal wird benötigt, um zur ringern. Dabei liegt Batteriespannung an. richtigen Zeit in den richtigen Zylinder einzuspritzen. Ausschalten. Wird der Stromfluss unterbrochen, Bei Signalausfall bleibt der Motor unter Umständen entsteht durch die Magnetfeldänderung in der Injek- fahrbereit, kann aber nicht wieder gestartet werden. torspule eine Induktionsspannung, mit welcher der Er wird über Pin D12 und D2 mit Spannung versorgt. Boosterkondensator im Steuergerät aufgeladen wird Die Signalspannung liegt auf Pin D3. (Bild 1). Raildrucksensor B23. Er signalisiert dem Steuerge- U =20V/DIV T =1ms/DIV rät den aktuellen Kraftstoffdruck im Rail. Wird ein 80 V zu kleiner bzw. ein zu großer Raildruck ermittelt, er- Anzugs- spannung 60 V kennt das Steuergerät einen Defekt im System und schaltet den Motor ab (Notaus). Die Signalspannung 12 40 V Halte- liegt auf Pin D14. Spannungsversorgung von Plus spannung 20 V auf D13 und Masse auf D4. 0V Raildruckregelventil Y16. Es sorgt für den kennfeld- –20 V gesteuerten Druck im Rail. Das PWM-Signal wird Induktions- –40 V vom Steuergerät über Pin D31 und D21 aufgeschal- spannung tet. –60 V

Bild 1: Strom-Spannungsverlauf MV-Injektor Injektoren Y15.1–Y15.4. Sie sorgen dafür, dass die richtige Einspritzmenge zum richtigen Einspritzzeit- punkt eingespritzt wird. Sie werden vom Steuergerät jeweils über Pin E2 und Pin E3, E6, E7 und E8 an- Nachladen des Kondensators (Boostern). Fällt die gesteuert. Kondensatorenergie unter einen Grenzwert ab, wird eine Injektorspule kurzzeitig mit Batteriespan- Heißfilm-Luftmassenmesser B3. Er misst die ange- nung so angetaktet, dass der Injektor nicht öffnet. saugte Luftmasse. Mit diesem Wert wird vorrangig Die beim Ausschalten induzierte Spannung lädt den die AGR-Rate anhand eines Kennfeldes bestimmt. Kondensator nach (Bild 2). Spannung wird über Pin D34 und D1, D11 angelegt. Die Signalspannung liegt am Pin D24. U =20V/DIV T = 0,5 ms / DIV 40 V

20 V Elektroabschaltventil Y14. Es wird vom Steuergerät über Pin D26 und D36 geschaltet. Bei schwerwiegen- 0V dem Systemfehler schließt das Ventil und die Kraft- –20V stoffversorgung wird unterbrochen (Notaus).

–40V Magnetventil für die Laderdruckregelung Y12. Es –60V ermöglicht über ein PWM-Signal des Steuergeräts –80V eine stufenlose Regelung des Ladedrucks durch den VTG-Lader. Es wird über Pin C36 und C48 angesteu- Bild 2: Nachladen des Kondensators (Boostern) ert. 344 13 Schadstoffminderung

Widerstandssprungsonde (Bild 3). Anschlusskabel für Sondenspannung Der Keramikkörper der Sonde besteht aus Titandi- und Heizelement oxid, der mit porösen Platinelektroden beschichtet Isolierteil ist.

Schutzrohr Träger- Keramikhalter Signal- substrat kabel Schutzhülse

Heizelement

keramisches Titan- Glas- äußerer Dichtung Stützrohr Element dichtung Metallkörper Dichtring Metallkörper mit Sechskant Kontaktteil für Sonden- Bild 3: Titandioxidsonde spannung Gehäuse (–) Wirkungsweise (Bild 4). Abhängig von der Sauer- stoffkonzentration im Abgas und der Keramikkörper- Auspuffrohr temperatur ändert Titandioxid seine Leitfähigkeit. elektrisch Keramik- Bei magerem Gemisch (l > 1) ist das Titandioxid we- leitende körper niger leitfähig als bei fettem Gemisch (l < 1). Schicht (–) geschlitztes elektrisch Schutzrohr Bei der Titandioxidsonde ändert sich der Wider- leitende standswert sprunghaft bei l ≈ 1 zwischen 1 kO Schicht (+) Abgas (fettes Gemisch) und 1 MO (mageres Gemisch). Abgasseite Luftseite EFA Im Steuergerät wird ein Messwiderstand zum Son- Bild 1: Aufbau der Spannungssprungsonde denelement in Reihe geschaltet. Der Spannungsab- fall am Messwiderstand ändert sich aufgrund der Wirkungsweise (Bild 2). Der Keramikwerkstoff der Widerstandsänderung des Titankeramikkörpers in l-Sonde wird ab etwa 300 °C für Sauerstoffionen Abhängigkeit der Sauerstoffkonzentration im Ab- leitend. Durch den Sauerstoffanteil an der Luftseite gas zwischen 0,4 V (mageres Gemisch) und 3,9 V … und den verschieden großen Restsauerstoffanteilen 5 V (fettes Gemisch). Im Gegensatz zur Zirkondi- 13 an der Abgasseite der Sonde ergibt sich bei l ≈ 1 oxidsonde ist eine Referenzluft nicht erforderlich. ein Spannungssprung zwischen 100 mV (mageres Die Regelfrequenz ist bei intakter Sonde größer als Gemisch) und 800 mV (fettes Gemisch). Bei l = 1 be- 1 Hz. Zwischen 600 °C…700 °C liegt die optimale Ar- trägt die elektrische Spannung ﬁ 450 mV… 500 mV. beitstemperatur. Zur Einhaltung dieser Temperatur Die höchste Sondentemperatur soll 850 °C … 900 °C ist eine regelbare Sondenheizung erforderlich. Ab nicht überschreiten. 200 °C ist die Sonde betriebsbereit, wobei die Regel- frequenz für eine genaue Korrektur des Gemisches 0,9 fettes Gemisch mageres Gemisch noch zu gering ist. Bei Temperaturen, die größer als V 850 °C sind, kann die Sonde zerstört werden. l 0,8 -Fenster l TiO -Sonde 2 5 0,6 fett Sollwert 1 M m 0,5 a 3,9 ge 0,4 100 k r 10 k optimaler Arbeits- bereich 0,2

R in Q 1 k f V U in ett 1 mager Sondenspannung U Sondenspannung 0 0,4 0,80,9 11,1 1,2 500 600 700 800 0,8 0,98 1,02 1,2 Luftverhältnis l EFA t in °C Lambda

Bild 2: Kennlinie der Spannungssprungsonde in Bild 4: Kennlinien der Widerstandssprungsonde Abhängigkeit von l Breitbandlambdasonde Regelfrequenz. Sie ist bei intakter Sonde bei erhöhter Motorleerlaufdrehzahl (ﬁ 2000 1/min) i.d.R. Mit der Breitbandlambdasonde können l-Werte größer als 1 Hz. D.h. das Spannungssignal muss größer > 0,7 stufenlos gemessen werden. Sie eig- zwischen 0,1 Volt (mageres Gemisch) und 0,9 Volt net sich deshalb auch zur stetigen l-Regelung für (fettes Gemisch) mindestens ein mal in einer Sekun- Ottomotoren mit Magerkonzept, Dieselmotoren de pendeln. und Gasmotoren. 15 Alternative Antriebskonzepte 373

Regeneratives Bremsen. Durch den Generator wird Aufgrund der notwendigen Zyklenfestigkeit werden das Fahrzeug gebremst und die Batterien geladen. in der Regel Batterien in AGM-Bauweise (Absorbing Ein integrierter Starter-Generator (ISG) wird wäh- Glas Mat) bzw. Vlies-Technologie verwendet. Die rend des Bremsvorganges als Generator betrieben. Batterie verfügt zudem über eine größere Kapazität. Der Ladezustand der Batterie wird mithilfe eines Bat- Einige Hersteller verwenden einen Generator in teriesensors ständig überwacht. Der Sensor ist mit herkömmlicher Anordnung, der mithilfe einer ent- dem Motorsteuergerät und dem Generator vernetzt. sprechenden Regelung ( IGR: Intelligente Generator Regelung) und oberhalb eines festgelegten Ladezu- standes nur beim Bremsen bzw. im Schubbetrieb WERKSTATTHINWEISE arbeitet. In Antriebsphasen wird der Generator nicht Bei einer Generatorprüfung muss die Intelligente erregt. Somit wird in diesen Phasen keine Energie Generator Regelung mithilfe eines Diagnosege- bzw. kein Kraftstoff benötigt, um elektrische Energie rätes deaktiviert werden. zu erzeugen. Die Intelligente Generator Regelung definiert für die Drehmomentunterstützung. Das Drehmoment des Batterie zwei Ladezustände (SOC: State Of Charge). Verbrennungsmotors kann in bestimmten Betriebs- Je nach Ladezustand der Batterie erfolgt der Regel- zuständen, z.B. Anfahren oder Volllast, durch Elekt- vorgang auf unterschiedliche Weise (Tabelle 1). romotoren unterstützt werden. Vor allem für das An- fahren sind die Elektromotoren gut geeignet, da sie bei geringer Drehzahl über ein großes Drehmoment Tabelle 1: IGR-Regelvorgänge verfügen (Bild 1).

Batteriezustand Regelvorgang

Unterhalb des Ladezustandes SOC 1 wird die Batterie sowohl in Schub- –+ bzw. Bremsphasen als auch in SOC2 Antriebsphasen geladen. Drehmoment Benzinmotor SOC1

Drehmoment Drehmoment Elektromotor

Befindet sich die Batterie zwischen dem Ladezustand SOC1 und SOC2 –+ wird sie während der Schub- bzw. SOC2 Bremsphase mit einer erhöhten Drehzahl 15 Generatorspannung geladen. In der Bild 1: Vergleich Elektro- und Benzinmotor SOC1 Antriebsphase stellt der Generator nur noch Energie für das Bordnetz zur Verfügung. Die Batterie wird nicht mehr geladen. Für eine wirksame Drehmomentunterstützung sind leistungsfähige Speichersysteme, z.B. Nickel-Hyd- rid- oder Lithium-Ionen-Akkumulatoren, notwen- Oberhalb SOC2 wird die Batterie während der Schub- und Bremspha- dig. Die Systeme werden zudem mit einer höheren –+ sen geladen. In den Antriebsphasen Spannung betrieben, damit die Stromstärke und SOC2 wird der Generator völlig entla- damit die notwendigen Leitungsquerschnitte redu- stet. Das Bordnetz des Fahrzeugs ziert werden können. Mit dem höheren elektrischen SOC1 entnimmt die elektrische Energie Leistungspegel lässt sich auch der Betrag an rückge- ausschließlich der Batterie. winnbarer Bremsenergie erhöhen. Die integrierten Starter-Generatoren sind im Antriebsstrang verbaut. Der Mild-Hybrid unterstützt den Verbrennungsmo- Bei steigender Schubphasenzahl tor im unteren Drehzahlbereich, während Medium- kann der Ladezustand der Batterie Hybride auch im höheren Drehzahlbereich arbeiten –+ 100 % erreichen. Die Batterie wird in können. SOC2 keiner Phase mehr geladen. Elektrisches Fahren. Beim Fahren mit elektrischer SOC1 Energie erfolgt der Antrieb ausschließlich durch einen oder mehrere Elektromotoren. Diese Funktion ist nur bei Voll-Hybrid-Antrieben bis zu einer Ge- schwindigkeit von ca. 50 km/h möglich. 376 15 Alternative Antriebskonzepte

Aufbau der Antriebseinheit. Sie besteht aus den Mo- Planetenrad Hohlrad torgeneratoren MG1 und MG2, der Planetengetrie- beeinheit und dem Differentialgetriebe (Bild 1). Sie MG1 MG2 verfügt außerdem über einen Anschluss an den In- Motor verter bzw. die Batterie.

Differential- Anschluss Träger getriebe Inverter/ HV-Batterie Sonnenrad Außen- Planeten- verzahnung getriebe- Zu den Hohlrad einheit Vorderrädern

Bild 3: Planetengetriebe Antrieb Otto- Motor Das Steuergerät erkennt über den Fahrpedalsensor den Fahrwunsch des Fahrers. Weiterhin erhält es In- formationen über die Fahrgeschwindigkeit und die MG1 MG2 Schaltposition. Anhand dieser Informationen steuert es die Energieflüsse und Antriebskräfte. Bild 1: Aufbau der Antriebseinheit Anfahren (Bild 4). Wenn das Fahrzeug anfährt, er- Die Antriebseinheit wird mit einer Spannung von folgt der Antrieb ausschließlich durch MG2. Der 200 bis 300 Volt durch die Batterie versorgt. Der In- Ottomotor bleibt abgeschaltet und MG1 dreht sich in verter wandelt den Wechselstrom in Gleichstrom entgegengesetzte Richtung, ohne elektrische Ener- um. Die Elektromotoren sind mit dem Inverter mit gie zu erzeugen. einer Hochspannungsleitung verbunden. Die Hoch- volt-Batterie befindet sich im Heck des Fahrzeugs MG1 Inverter HV-Batterie Antreibend (Bild 2). Otto- motor Hohlrad Batteriesteuerung Hybridsteuereinheit/ MG2 (MG2) Leistungseinheit Planeten- Planeten- radträger getriebe Rad Sonnenrad (MG1) (Ottomotor)

15 Bild 4: Anfahren

Anlassen des Ottomotors (Bild 5). Wenn ein zum Fahren höheres Drehmoment benötigt wird, startet MG1 den Verbrennungsmotor als zusätzlichen An- trieb. Der Verbrennungsmotor wird ebenfalls gestartet, wenn das Batteriemanagement einen geringen Ladezustand der Batterie erkennt oder die Batterie- Hochspannungs- temperatur vom vorgeschriebenen Niveau abweicht. leitung Batterie 12 V-Batterie

Bild 2: Komponenten des Hybridantriebs MG1 Inverter HV-Batterie Antreibend An- getrieben Wirkungsweise Otto- motor Hohlrad Der Verbrennungsmotor und die beiden Motorgene- MG2 (MG2) ratoren MG1 und MG2 sind über ein Planetengetrie- Planeten- be miteinander gekoppelt. Planeten- radträger getriebe Rad Sonnenrad (MG1) (Ottomotor) Kopplungen zwischen Antrieb und Planetengetriebe (Bild 3): Bild 5: Anlassen des Ottomotors • MG1 ➞ Sonnenrad Nachdem der Ottomotor angelassen wurde, betreibt • MG2 ➞ Hohlrad mit Antriebskette dieser MG1 als Generator. MG1 lädt über den Inver- • Verbrennungsmotor ➞ Planetenradträger ter die Hochvolt-Batterie. 15 Alternative Antriebskonzepte 379

Bei Abstellen des Hybrid-Systems oder bei einem Akkumulator geladen: Unfall wird die Verbindung durch das Steuergerät Die Lithium-Atome befinden sich an der negativen plus- und masseseitig unterbrochen. Elektrode.

Entladevorgang: WERKSTATTHINWEIS Die Lithium-Atome geben Elektronen ab. Die Elektro- Die Relais bzw. Schütze im Akkumulatorensys- nen bewegen sich durch den Verbraucherstromkreis tem sind sicherheitsrelevante Bauteile. Sie dür- zum Pluspol. Die positiv geladenen Lithium-Ionen fen nicht aus dem Relaisblock entfernt werden. bewegen sich durch den Elektrolyten zur positiven Durch Abziehen des Service-Steckers muss das Elektrode und lagern sich dort ein. Die Elektronen System z.B. im Rahmen einer Wartung oder Re- werden durch sog. Übergangsmetallionen aufge- paratur spannungsfrei geschaltet werden. nommen. Weitere Hinweise des Herstellers zur Herstel- lung der Spannungsfreiheit sind zu beachten! Akkumulator entladen: Die Lithium-Ionen befinden sich an der positiven Elektrode. Die Elektronen sind in den Übergangsme- Lithium-Ionen-Akkumulator (Li-Ionen) tallionen gebunden. Aufbau. Die Elektrode des Pluspols besteht aus Alu- minium und ist mit einer Schicht aus Metalloxiden Ladevorgang: überzogen (z.B. Kobalt). Die Elektrode des Minuspols Die Elektronen trennen sich von den Übergangsme- ist mit einer Grafitschicht überzogen. In den Schich- tallionen und bewegen sich durch den Elektrolyten ten der Elektroden wird das Lithium eingelagert. zur negativen Elektrode. Elektronen und Lithium-Io- An der positiven Elektrode entsteht dann z.B. Li- nen verbinden sich und werden zu Lithium-Atomen. thium-Cobalt-Dioxid (LiCoO2) und an der negativen Lithium-Graphit. Aufgrund der hohen Energie- und Leistungs- Der Elektrolyt ist wasserfrei und besteht in der Regel dichte der Lithium-Ionen-Akkumulatoren können aus Alkohol-Carbonaten mit Lithiumhexafluorphos- mechanische Beschädigungen zu Brand oder Ex- phat (LiPF6). Zwischen den Elektroden befindet sich plosion führen. ein Separator aus Polymeren oder Keramik (Bild 1). In Bild 2 ist der Aufbau eines Lithium-Ionen-Akku- mulators dargestellt. Pluspol Minuspol (Aluminium) G Laden (Kupfer) Lithium-Ionen-Zellen Kühlmodul Kältemittel- 15 anschluss Elektron Entladen

Laden

Li+

Ent- laden

Li-Metall- Li-Ion Separator Elektrolyt Kohlenstoff- oxid-Elek- Grafit- trode Elektrode Zellspannungs- Batterie- Hochvolt- überwachung managementsystem anschluss

Bild 1: Lithium-Ionen-Akkumulator Bild 2: Aufbau des Lithium-Ionen-Akkumulators 380 15 Alternative Antriebskonzepte

Sicherheitshinweis: +– Beim Kontakt des Elektrolyten Lithiumhexafluor- Überladen SOC oberer Grenzbereich phosphat (LiPF6) eines Lithium-Ionen-Akkumula- 80% tors mit Wasser entsteht Fluorwasserstoffsäure tatsächlicher angestrebter (HF). Diese auch als Flusssäure bezeichnete Flüs- Verlauf SOC sigkeit ist ein starkes Kontaktgift. 55% Brände von Lithium-Ionen-Akkumulatoren dür- ±5% fen nicht mit Wasser gelöscht werden! 40% unterer Grenzbereich

Lithium-Polymer-Akkumulatoren. Sie stellen eine Tiefentladen Zeit Ausführung des Lithium-Ionen-Akkus dar. Wie beim Lithium-Ionen-Akku besteht die negative Bild 1: Verlauf des Ladezustandes Elektrode aus Grafit, die Positive aus Lithium-Me- talloxid. Jedoch enthalten Lithium-Polymer-Akkus keinen flüssigen Elektrolyten. Der Elektrolyt ist auf Kühlung Polymerbasis hergestellt und liegt als feste bis gel- artige Folie vor. Alle Komponenten des Akkumula- Die Lebensdauer und Leistung der Akkumula- tors (Stromzuführung, negative Elektrode, Elektrolyt, toren hängt im Wesentlichen von ihrer Betriebs- positive Elektrode) lassen sich als Schichtfolien mit temperatur ab. Hohe Temperaturen zerstören die einer Dicke von weniger als 100 Mikrometern her- Zellen und bei zu niedrigen Temperaturen laufen stellen. Die Bauform der Lithium-Polymer-Akkus die elektrochemischen Vorgänge nur langsam unterliegt dadurch kaum Beschränkungen. ab. Die optimale Betriebstemperatur liegt bei ca. 20 °C. Ladevorgang und Arbeitsbereich Der Ladezustand der einzelnen Zellen ist im Betrieb Eine Arbeitstemperatur von 45 °C bis 60 °C sollte unterschiedlich. NiMH-Akkumulatoren werden des- nicht überschritten werden. halb mit einer geringen Stromstärke und unterhalb der Gasungsgrenze überladen. Volle Zellen wandeln Die Batterien können z.B. über ein Gebläse mit der die überschüssige Ladung in Wärme um. Nach der Luft aus dem Innenraum gekühlt werden. Dabei wird gezielten Überladung haben alle Zellen wieder den durch einen Kanal die Luft aus dem Innenraum unter gleichen Ladezustand. der hinteren Sitzbank zur Akkumulatoren-Einheit im Kofferraum geführt (Bild 2). Akkumulatoren in Li-Ionen-Technik werden bei 15 Überladung zerstört. Deshalb überwacht das Batte- rie-Management jede einzelne Zelle und besitzt für jede Zelle eine zuschaltbare Entlademöglichkeit. Da- mit können alle Zellen auf den gleichen Ladezustand ( SOC/ state of charge) gebracht werden. Der optimale Arbeitsbereich der Akkumulatoren befindet sich in einem SOC-Fenster von 50–80 % (Bild 1). Batterie Das Batteriemanagement sorgt dafür, dass die Gren- zen nicht über- bzw. unterschritten werden. Für die Größe der Batterie bedeutet dies, dass sie grundsätz- lich überdimensioniert sein muss, damit die Grenzen des Arbeitsbereiches nicht überschritten werden. Kanal Der obere Grenzbereich darf nicht überschritten werden, damit bei längerer Bergabfahrt die Batterie in Fahrzeuginnenraum der Lage ist, weiterhin Energie zu speichern. Droht die Batterie dennoch zu überladen, schaltet das Bat- Bild 2: Gebläsekühlung der Akkumulatoren teriemanagement den Ladevorgang ab. Der untere Grenzbereich darf nicht unterschritten werden, damit eine Beschleunigung des Fahrzeugs Andere Möglichkeiten sind die Kühlung durch das durch den elektrischen Antrieb („ Boost-Funktion“) Kühlwasser aus dem Kühlkreislauf oder die Kühlung gewährleistet ist. durch die Fahrzeug-Klimaanlage. 15 Alternative Antriebskonzepte 381

15.4.5 Leistungselektronik • Spannung Hochvoltbatterie und Aggregate, z.B. 201,6 Volt Die Leistungselektronik im Hybrid-Fahrzeug (Bild 1) Spannung Antriebsmotoren, z.B. 650 Volt hat folgende Aufgaben: • Laden der Hochvoltbatterie. Während des Brems- Umwandlung der Gleichspannung in Wechsel- • vorgangs und im Schiebebetrieb arbeiten MG1 und spannung (DC → AC) und Umwandlung der Wech- MG2 als Generatoren. selspannung in Gleichspannung (AC → DC) Über die Gleichrichtung im Inverter und den Gleich- Veränderung des Gleichspannungswertes • spannungswandler wird die Hochvolt-Batterie gela- • Laden der Hochvolt-Batterie den. • Antrieb der Motor-Generatoren und des Klima- Antriebsmotoren MG1 und MG2. Die Spannung der kompressors Hochvolt-Batterie wird im DC/DC-Wandler auf die Gleich- bzw. Wechselrichtung. Die Antriebsmotoren höhere Spannung für die Motorantriebe gewandelt, (MG1 und MG2) und der Antriebsmotor des Klima- z.B. von 201,6 Volt auf 650 Volt. Anschließend erfolgt kompressors benötigen Drehstrom. Dieser wird im Inverter durch die Wechselrichter-Schaltung die mithilfe einer Wechsel- und Gleichrichter-Schaltung Umwandlung in Drehstrom für die elektrischen An- erzeugt. Wenn MG1 und MG2 als Generatoren ar- triebe MG1 und MG2. beiten, wird die erzeugte Drei-Phasen-Wechselspan- Aufbau und Funktion der Leistungselektronik. Die nung in Gleichspannung umgewandelt. Spannungsversorgung der Leistungselektronik er- Wandlung und Verstärkung der Gleichspannung. folgt durch die Hochvolt-Batterie über die Sicher- Bei einem Hybrid-Fahrzeug wird die elektrische An- heitsrelais. Die Leistungselektronik des Inverters lage in verschiedenen Spannungsbereichen betrie- wandelt mithilfe eines Gleichspannungswandlers ben: (DC/DC-Wandler) die Spannung der Hochvoltbatte- • Spannung Bordnetz, z.B. 12 Volt rie in die Betriebsspannung für die elektrischen An- triebsmotoren um.

Gleichspannung Wechselspannung

Schalter Relais 1 (+) Inverter

Schalter Relais 2 DC/DC- U Wandler V MG1 3~

= 650 V W

Hochvolt- U Batterie 15

U DC V MG2 3~ W DC = 201,6 V U

12-Volt-Bordnetz Service- Stecker M =12V U

Klima- Kompressor

U V M 3~ W = 201,6 V U

Schalter Relais 3 (–)

Bild 1: Leistungselektronik (Leistungsverzweigter Hybrid-Antrieb) 16 Antriebsstrang 451

Funktionsweise. Der angetriebene Planetenradträger Visco-Kupplung (Bild 3) überträgt über die Planetenräder das Drehmoment in einem festen Drehmomentverhältnis über das Son- nenrad mit z. B. 42 % zur Vorderachse und über das Hohlrad mit 58 % zur Hinterachse. Die ungleiche Dreh- momentverteilung erfolgt aufgrund der unterschiedlichen Hebelarme von Sonnenrad und Hohlrad (Bild 1). Aufbau (Bild 3). Die Visco-Kupplung besteht aus Sperrung. Drehen z.B. die Räder einer Antriebsachse • dem mit Siliconöl befülltem Gehäuse durch, so werden die Reiblamellen durch die wirken- • gelochten außenverzahnten Stahllamellen und de Antriebskraft lastabhängig angepresst. Der An- • geschlitzten innenverzahnten Stahllamellen. triebsstrang ist somit längs gesperrt. Außenlamelle Hohlrad Silikonöl Antrieb VA 100% vom Getriebe zur Planetenrad VA Sonnenrad Planetenträger

rSR 42% vorderes Innen- Achsgetriebe rHR lamelle

58% hinteres Achsgetriebe VA

Bild 1: Drehmomentverteilung durch Planetengetriebe zur Visco-Kupplung Dynamische Drehmomentverteilung Hinter- achse Im Bild 2 wird dargestellt, wie das Drehmoment bei unterschiedlichen Fahrbahnzuständen verteilt wird. Bild 3: Visco-Kupplung In t1 erhält die HA 58 % und die VA 42 %.

Vorderachse schlechte Bodenhaftung (t2). Verlieren Funktionsweise. Der Antrieb erfolgt bei dieser Aus- die Räder der VA an Traktionsvermögen (ca. 180 Nm), führung grundsätzlich über die Hinterachse. Bei nor- so steigt durch die Sperrwirkung des Differenzials maler Bodenhaftung der Räder der Hinterachse (Rä- das Vortriebsmoment an der Hinterachse um den der drehen nicht durch) wird durch die Hinterachse gleichen Betrag (180 Nm) auf 760 Nm. das Antriebsmoment vollständig auf die Straße über- Verminderte Traktion aller Antriebsräder. HA hat tragen. Tritt an den hinteren Antriebsrädern Schlupf auf, verdrehen sich die Lamellen gegeneinander. Das schlechtere Bodenhaftung (t3). Das gesamte Vor- triebsmoment sinkt durch den unterstützenden EDS- Silikonöl wird abgeschert, Druck, Temperatur und Bremseneingriff um 180 Nm auf 820 Nm. Durch die Abscherkräfte im Silikonöl steigen. Diese Visco- 16 Sperrwirkung und den Bremseneingriff erhält die VA Kupplung sperrt bei großen Drehzahldifferenzen zur 600 Nm, die HA 220 Nm Vortriebsmoment. Vorderachse (>100 1/min) mit einem Sperrwert von bis zu 30 %. Dabei wird ein Teil der Antriebskraft von Haben die Räder wieder gute Haftung (t ), erhalten 4 der Hinterachse über die innenverzahnten Lamellen die Hinterräder 580 Nm und die Vorderräder 420 Nm. auf die außenverzahnten Lamellen von der Nabe zum Triebling des vorderen Achsgetriebes übertra- gen. Diese Viscokupplung ist so ausgelegt, dass bei 1000 geringen Drehzahldifferenzen keine Sperrwirkung Nm auftritt. Deshalb werden ABS-Regeleingriffe nicht be- 800 einflusst und es ist ein Drehzahlausgleich zwischen 600 den Achsen bei Kurvenfahrt möglich. Auf ein Längs- differenzial kann verzichtet werden. 400 Torsen-Differenzial. Es ist z.B. im Wechselgetriebe Drehmoment 200 integriert. Je nach Bauausführung kann das An- triebsmoment t1 t 2 t3 t 4 Antriebsdrehmoment Hinterachsmoment • zu gleichen Teilen an die Antriebsräder der Vor- 1000 Nm konstant Vorderachsmoment derachse (50 %) und Hinterachse (50 %) oder Vortrieb Bremsmoment EDS • zu ungleichen Teilen an die Vorderräder (40 %) Bild 2: Dynamische Drehmomentverteilung und Hinterräder 60 % verteilt werden. 18 Fahrwerk 485

18.4.4 Überlagerungslenkungen den. Das untere Sonnenrad ist mit dem Ritzel der Zahnstangenwelle verbunden. Stellmotor mit Motorwinkelsensor. Der Stellmotor erzeugt die Drehbewegung. Ein Motorwinkelsensor erfasst die Drehrichtung, Drehzahl und die Dauer der Motorbewegung. Lenkradwinkelsensor. Er erfasst den Lenkradwinkel Es werden zwei Bauarten unterschieden. Bei beiden und überträgt diesen an das Steuergerät. Systemen erfolgt die Lenkunterstützung mithilfe Ritzelwinkelsensor (Summenlenkwinkelsensor). Er einer elektrohydraulischen Lenkung. erfasst die Summe aus Lenkradwinkel und Motor- Aufgaben. Folgende Aufgaben werden durch Über- winkel und gibt somit den tatsächlichen Radeinschlag lagerungslenkungen realisiert: bzw. Lenkwinkel an das Steuergerät. • Variable Lenkübersetzung Funktionsweise. Bei unbestromten Elektromotor • aktive Fahrzeugstabilisierung durch Lenkeingriff wird das Hohlrad festgehalten. Durch Lenkeinschlag werden über das Verdrehen des Drehschieberventils 18.4.4.1 Überlagerungslenkung mit Planeten- (oberes Sonnenrad) die Stufenplaneten verdreht. Die- getriebe ( Aktivlenkung) se übertragen gestützt durch den Planetenradträger die Lenkkraft und das Lenkmoment auf das untere Aufbau (Bild 1). Sie besteht aus: Sonnenrad. Dadurch wird eine mechanische Verbin- • Zahnstangen-Hydrolenkung (Servotronic) dung über das obere Sonnenrad, Planetenradträger • Differenzwinkeleinheit mit Planetengetriebe und unteres Sonnenrad ermöglicht. Die Lenkspindel • Stellmotor mit Motorwinkelsensor ist somit mechanisch mit dem Lenkritzel verbunden. • Lenkradwinkelsensor Lenkventil (Servotronic) Planeten- Außen- räder verzahnung • Ritzelwinkelsensor Elektromagne- • Steuergerät tische Sperre Planeten- Schnecke radträger

Motorwinkel- Differenz- Lenkrad- Stellmotor sensor winkeleinheit winkel- Planetenradsatz mit Planeten- sensor Ritzel getriebe Zahnstange Schneckenrad Sonnenrad Hohlrad

Bild 2: Differenzwinkeleinheit

Niedrige Geschwindigkeit: Kleiner Lenkein- schlag soll großen Lenkwinkel ermöglichen Stellmotor Zahnstangen- Hydrolenkung Das Schneckenrad wird durch den Elektromotor in gleicher Richtung zur Lenkraddrehrichtung verdreht. Ritzelwinkelsensor Dies führt zu einem Umkreisen der Stufenplaneten- Bild 1: Aufbau Aktivlenkung räder um die beiden Sonnenräder. Durch die Zähne- differenz der Stufenplanetenräder entsteht eine ge- Zahnstangen Hydrolenkung. Als Basislenkung wird ringe Drehbewegung der Sonnenräder zueinander. die Servotronic verwendet. Bei dieser Lenkung sind Das Lenkritzel wird somit mehr verschoben. Dies 18 bei niedrigen Geschwindigkeiten geringe Lenkkräfte ergibt einen zusätzlichen Winkel (Motorwinkel) zum erforderlich. Bei hohen Geschwindigkeiten nimmt gewählten Drehwinkel am Lenkrad. die Betätigungskraft am Lenkrad zu. Hohe Geschwindigkeit: Kleiner Lenkeinschlag Differenzwinkeleinheit (Bild 2). Sie besteht aus dem soll kleineren Lenkwinkel ermöglichen Lenkventil, dem Stellmotor mit Schneckenrad und Der Elektromotor wird so bestromt, dass er das der Zahnstangenlenkung. Zwischen Lenkventil und Schneckenrad in entgegengesetzter Richtung zur Zahn stangenlenkung ist ein Planetenradgetriebe Lenkraddrehrichtung verdreht. Dadurch wird der verbaut. Drehbewegung des Fahrers am Lenkrad über das Planetenradgetriebe (Bild 2, rechts). Dieses besteht Planetengetriebe entgegengewirkt. Somit wird die aus einem Hohlrad mit einer zusätzlichen Außenver- Zahnstange weniger verschoben als vom Fahrer zahnung, zwei Planetenradträgern und jeweils drei vorgegeben. Stufenplanetenrädern. Die Stufenplaneten dienen Die Auswirkungen vom Lenkwinkel auf die Dreh- als mechanische Verbindung zwischen dem oberen richtung des Stellmotors, den Einschlagwinkel der und dem unteren Sonnenrad. Das obere Sonnenrad Räder, dem Lenkaufwand und der Lenkübersetzung ist mit der Welle des Drehschieberventils verbun- sind in Tabelle 1, S. 486 dargestellt. 492 18 Fahrwerk

18.6 Fahrwerksvermessung Messgrößen. Folgende Fahrwerksdaten können mit dem Achsmesscomputer ermittelt werden: • An der Vorderachse: Einzel- und Gesamtspur, Sturz, Radversatz, Nachlauf, Spreizung und Spur- differenzwinkel, maximaler Einschlagwinkel. • An der Hinterachse: Einzel- und Gesamtspur, Fahrachswinkel, Sturz. • Am Fahrwerk: Radversatz hinten, Radstandsdiffe- Aufbau. Eine Achsmesseinrichtung (Bild 1) besteht renz, Seitenversatz rechts und links, Spurweiten- aus folgenden Bauteilen: differenz, Achsversatz. • Mobiler Achsmesscomputer mit Bildschirm, auf- gespielter Vermessungssoftware, Maus und Tas- Messverfahren. Alle Messgrößen werden über die tatur zur Bedienung. Messung der Eckwinkel (Bild 3) ermittelt. Ist kein Fehler vorhanden, sind alle Eckwinkel 90°. Im Bild Vier Spanneinheiten zur Aufnahme der Messwert- • sind zwei mögliche Fehler am Fahrwerk dargestellt. aufnehmer oder 4 Messtafeln an den Rädern. • 4 Messwertaufnehmer zum Erfassen der Radein- Spurweite. Sie wird von den Messwertaufnehmern stellgrößen. durch die Messung der Winkelabweichung (Bild 1 • 2 Drehuntersätze für Vorderräder zum leichten Seite 493) ermittelt. Verdrehen der gelenkten Räder. Sturzwerte. Sie werden durch die Winkelabwei- • 2 Schiebeplatten zum leichten Verschieben der chung zur Senkrechten im Messwertaufnehmer ge- Hinterräder. messen und dem Computer digital übertragen.

Kein Achsversatz Kein Radversatz Symmetrieachse Messwertaufnehmer

Dreh- untersatz

Achsmess- Schiebe- computer untersatz Fahr- achse Radversatz

Bild 1: Achsmesseinrichtung • Bremsenspanner zum Arretieren der Bremse. • Lenkradfeststeller zum Arretieren des Lenkrades. alle Winkel 90° Winkel unterschiedlich 18 • Lenkradwaage zum Einstellen der Lenkradposition (Bild 2) Bild 3: Messverfahren, Fehlermöglichkeiten Fahrwerk

Lenkradwaage Eine Achsvermessung kann nur auf ebenen Flächen besser auf Hebebühnen oder über Arbeitsgruben vorgenommen werden. Mit dieser Achsmessein- richtung kann das Fahrwerk und die Achsgeome- Lenkrad- trie eines Fahrzeugs sehr genau überprüft und ein- feststeller gestellt werden. Die einzelnen Messgrößen können mit einer Genauigkeit von ±5’ bis ±10’ ermittelt werden. Hierzu müssen die Messeinrichtungen wie z.B. Dreh- und Schiebeuntersätze auf einer horizontalen Ebene liegen. Ebenfalls müssen die Radaufstands- Bremsenspanner flächen des Messplatzes waagrecht sein. Es sind Hö- henabweichungen in der Diagonalen von maximal Bild 2: Lenkrad-, Bremspedalfeststeller und Waage 1 mm … 2 mm zulässig. 592 19 Elektrotechnik

19.1.17.8 Integrierte Schaltungen Hybridschaltungen. Sie sind eine Kombination von integrierten Schaltkreisen und Einzelbauteilen Durch die Planartechnik ist es möglich, alle Kom- (Bild 2). Diese werden auf einer Trägerplatine durch ponenten einer Schaltung (Widerstände, Konden- Stecken, Löten oder andere Verfahren miteinander satoren, Dioden, Transistoren, Thyristoren) ein- verbunden. Dadurch lassen sich gezielt Schaltungen schließlich der leitenden Verbindungen in einem mit speziellen Eigenschaften, z.B. für Steuergeräte, gemeinsamen Fertigungsprozess auf einem ein- herstellen. zigen (monolithischen)1) Siliciumplättchen (Chip)2) herzustellen. Dabei werden einzelne integrierte Schaltkreise, Vorwiderstände IC-Steuerstufe sogenannte ICs3) ( lntegrated Circuits), zu monolithisch integrierten Schaltungen zusammengefasst elektrische elektrische Anschlüsse Anschlüsse (Bild 1).

a) Schaltung 2 3 6

7 1 + (Träger) 4 SiO2 b) Oxidiertes Diode Leistungs- Trägerplättchen Träger (P-leitend) endstufe

N+ c) N+- Diffusion Bild 2: Generatorregler in Hybridtechnik

Kondensator Diode Transistor Widerstand

Metallisierung 13452 6 7 d) Metallisierung für Kontakte WIEDERHOLUNGSFRAGEN und Verbindungen 1 Welche Ladungsträger besitzen N-Leiter bzw. 13452 6 7 P-Leiter? e) Draufsicht 2 Wie muss man einen PN-Übergang polen, damit ein Durchlassstrom fließt? Kondensator Diode Transistor Widerstand 3 Was versteht man unter der Schleusen- Bild 1: Beispiel einer integrierten Schaltung in Mono- spannung? lithtechnik (Auswahl von Fertigungsstufen) 4 Welcher Teil der Kennlinie einer Z-Diode wird für die Spannungsstabilisierung ausgenutzt? Da man in einem IC keine „selbstständigen“ Bauele- mente mehr hat (Bauelemente haben äußere An- 5 Was versteht man unter einer Einpulsschal- schlüsse), spricht man von Schaltelementen oder tung? Funktionselementen. 6 Wie ist ein NPN-Transistor aufgebaut? Wie heißen die Elektrodenanschlüsse eines Planartechnik. Man versteht darunter ein Verfahren 7 Transistors? in der Halbleitertechnik zur Herstellung von Halb- 19 leiterbauelementen und Chips. Dabei werden in 8 Wie muss ein NPN-Transistor gepolt sein, da- aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen jeweils von- mit er leitend ist? einander isolierte Schichten, die die Bauelemente 9 Wie verhält sich ein Heißleiter bei Erwärmung? nebst Verbindungsleitungen und Anschlüssen ent- 10 Wie ändert sich der Widerstand eines Varistors halten, aufgebracht. Dies kann durch Siebdruck in bei zunehmender Spannung? Dickschichttechnik oder durch Aufdampfen in Dünn- schichttechnik erfolgen. So können in einem Chip 11 Wie verhält sich ein LDR-Widerstand beim Auftreffen von Licht? mehr als 100 000 aktive Funktionen (z.B. Transisto- ren, Dioden) und passive Funktionen (z.B. Wider- 12 Was versteht man unter einer LED? stände, Kondensatoren) enthalten sein. 13 Welche Aufgaben haben optoelektronische Koppler? 1) monolithisch (griech.) = aus einem Stein 2) Chip (engl.) = Marke, Stein 14 Wie sind Hybridschaltungen aufgebaut? 3) Integrated Circuits (engl.) = integrierte Schaltkreise 20 Komforttechnik 697

Aufbau der elektromotorischen Zentralverriegelung (Bild 1). Sie besteht aus: Bedienstellen für Zentralverriegelung Verriegelungsstift Zentral-, Tür- und Gepäckraumsteuergeräten Stellelementen mit Schließeinheit, Motor und Mi- kroschaltern M M Bedienstellen. Die Zentralverriegelung kann über die Schloss Elektro- Funkfernbedienung, einen Verriegelungstaster im motor Innenraum (Bedieneinheit) und den Schließzylinder in der Fahrertür bedient werden. Bei der Betätigung nicht entkoppelt entkoppelt über die Fernbedienung wird der Schließbefehl über Bild 2: Entkopplung als Doppelverriegelung das Steuergerät für Zugangsberechtigung an das Zentralsteuergerät weiter gegeben. Kommunikation. Das Zentralsteuergerät ist mit den Komfortschließung. Durch längere Betätigung der Türsteuergeräten über einen Datenbus (z.B. CAN, Zentralverriegelung können alle Fenster und das LIN) verbunden (Bild 1). Schiebedach geschlossen werden. Stellelement. Es betätigt elektromotorisch die Ver- Automatische Verriegelung/Entriegelung. Das Fahr- riegelung und Entriegelung der Schließeinheit. zeug wird zentral verriegelt, sobald es mit einer Durch die Änderung der Polung wird die Drehrich- Geschwindigkeit von z.B. über 4 km/h fährt und tung des Motors festgelegt. Damit wird ver- oder automatisch entriegelt, wenn z.B. die Zündung auf entriegelt. Im Stellelement sind fünf Mikroschalter Stellung 0 geschaltet wird. verbaut (Bild 1): Crash-Entriegelung. Wenn der Crash-Sensor einen Zwei ermitteln den Verriegelungszustand, Unfall feststellt entriegelt die Zentralverriegelung zwei ermitteln die Schlüsselstellung im Schloss alle Türschlösser automatisch. einer ermittelt die Türstellung „offen/geschlossen“. Selektive Entriegelung. Es wird zunächst nur die Doppelverriegelung. Sie ist eine zusätzliche Siche- Fahrertür entriegelt. Zur Entriegelung der Beifahrer- rung gegen gewaltsames Öffnen. Die Aktivierung tür und der Heckklappe oder des Kofferraumdeckels der Doppelverriegelung erfolgt z.B. durch Mehr- ist der Entriegelungsbefehl zu wiederholen. Dieser fachdrücken der Verrieglungstaste auf der Fern- Modus kann z.B. durch eine Tastenkombination an bedienung oder durch Auf-/Zuschließen mit dem der Fernbedienung ein- und ausgeschaltet werden. Schlüssel. Hierzu fährt entweder der Stellmotor den Verriegelungsstift in eine Übertotpunktlage oder Türsteuergerät. Neben der Türverriegelung ist es ein zweiter Stellmotor entkoppelt die Verbindung z.B. für die Steuerung der Fensterheber sowie das zwischen Verriegelungsstift und Schloss (Bild 2). In Einklappen, die Verstellung und Beheizung der beiden Fällen kann die Entriegelung nur elektrisch Außenspiegel zuständig. Die Türsteuergeräte bilden erfolgen. Im Fahrzeug befindliche Personen können mit dem Fensterhebermotor oftmals eine Baueinheit ohne Schlüssel die Türen nicht mehr öffnen. (Bild 1) und sind eigendiagnosefähig.

Spiegel- Mikroschalter verstellung „Schlüsselstellung“ Motor

Bedien- Türgriffbetätigung einheit 20 Zentral- steuergerät Schließeinheit Stell- element

Schnappschloss

Mikroschalter Mikroschalter Datenbusleitung Türsteuergerät Fensterhebermotor „Verriegelung“ „Tür offen/geschlossen“

Bild 1: Elektromotorische Zentralverriegelung 20 Komforttechnik 699

Fernbedienung der Zentralverriegelung Empfänger entschlüsselt und überprüft den Identifi- Es wird ein digitaler Signalcode von einer Fernbedie- kationscode. Im Falle der Übereinstimmung wird der nung über elektromagnetische Wellen (Infrarot oder von der Fernbedienung gesendete Schließbefehl an Funk) auf ein Empfängermodul im Fahrzeug übertra- das Steuergerät der Zentralverriegelung weitergelei- gen. Dort wird dieser wieder in einen elektrischen, tet. digitalen Signalcode umgewandelt und im Steuer- Rolling-Code-Verfahren. Ein Teil des Identifikations- gerät entschlüsselt. Die Signalübertragung erfolgt codes wird von der Fernbedienung nach einem mit Lichtgeschwindigkeit (c0 ≈ 300.000 km/s) festgelegten, geheimen Algorithmus geändert. Hier- Es werden zwei Systeme unterschieden: durch ist ein einfaches Mitschneiden des Signals Infrarot-Fernbedienungssystem durch Unbefugte nutzlos. Funk-Fernbedienungssystem

Infrarot-Fernbedienungssystem Die Übertragung des Signals erfolgt mit einem 20.2.3 Passiver Zugang „Lichtstrahl“, dessen Frequenz unterhalb des sicht- baren Lichts liegt (infra) und daher für das mensch- liche Auge nicht sichtbar ist. Hieraus ergeben sich folgende Nachteile: Geringe Reichweite (unter 6 Meter), die Infrarotfernbedienung muss auf den Empfänger ausgerichtet werden und der Lichtstrahl darf nicht behindert werden. Aufgrund dieser Nachteile haben sich Funkfernbedienungssysteme durchgesetzt. Umfang und Bedienung sind bei den Herstellern sehr Funk-Fernbedienungssystem unterschiedlich. Sie werden u.a. unter Bezeichnun- gen wie keyless go, keyless entry, Komfortschlüssel, KESSY, Comfort Access, Smart key geführt.

Vorteile. Gegenüber der Infrarot-Übertragung hat Aufbau. Zusätzlich zu den Komponenten der Zentral- die Signalübertragung per Funk folgende Vorteile: verriegelung werden benötigt (Bild 1): Große Reichweite (bis zu 40 m) Empfangsantennen mit Verstärker keine Ausrichtung auf das Fahrzeug notwendig Steuergerät hoher Schutz gegen Decodierung des Signals. elektronische Türgriffe Funktion. Der Sender übermittelt einen digitalen elektronisches Zündschloss Zahlencode per Funk an das Empfängermodul. Der Zahlencode besteht aus einem Identifikationscode Elektronischer Schlüssel und der Anweisung an das Schließsystem. Der Start-Stopp-Einrichtung.

Elektronisches Start/Stop- Antennen Zündschloss Taster

20 Elektronische Lenksäulenverriegelung

Elektronische Türsteuergerät Türgriffe

Steuergerät für Passiven Zugang

Bild 1: Systemübersicht Passiver Zugang